Биосфера как глобальная экосистема
Становление понятия «биосфера». Биосфера – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются деятельностью живых организмов. Термин «биосфера» впервые употребил Ж. Б. Ламарк в 1803 г. в своей работе по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на планете, – как «область жизни». И только в 1875 г. австрийский геолог 3. Зюсс ввел в науку этот термин. Понятие «биосфера» он объяснял как тонкую пленку земной коры, охваченную жизнью, в основном определяющую «лик Земли». Но целостное учение о биосфере принадлежит русскому ученому В. И. Вернадскому. В 1926 г. вышла книга В. И. Вернадского «Биосфера», где были сформулированы основные положения концепции биосферы, которая общепринята и в современной науке. Учение В. И. Вернадского о биосфере заставило ученых всего мира по-новому взглянуть на нашу планету. Под биосферой В. И. Вернадский понимал область распространения жизни, включающую наряду с живыми организмами и среду их обитания. Биосфера – глобальный уровень организации живой природы. Биосфера объединяет в себе все биогеоценозы планеты. Она представляет собой открытую систему со своим «входом» и «выходом», ее «вход» – это поток энергии солнечных лучей, «выход» – вещества биогенного происхождения (т. е. произведенные с участием живых организмов).
Обычно в биосфере выделяют три взаимосвязанные геологические оболочки: газовую – атмосферу, водную – гидросферу и твердую – литосферу.
|
|
|
Газовая оболочка Земли – атмосфера (от греч. atmos – пар) состоит из азота (78%), кислорода (21%), аргона (0,9%), углекислого газа (0,03%). Ближе к поверхности Земли (20 – 30 км) в атмосферном воздухе содержатся пары воды. Жизнь охватывает только нижнюю часть атмосферы. Атмосфера оказывает огромное влияние на физико-химические и биологические процессы на поверхности суши и в водной среде. Для дыхания организмам-аэробам необходим кислород, для фотосинтеза и хемосинтеза требуется источник углерода – углекислый газ, для жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий нужен газообразный азот.
Твердая оболочка – литосфера, ее верхний слой образован осадочными породами и гранитом, нижний слой – базальтом. Живые организмы в литосфере в основном сконцентрированы в ее верхнем слое. Особенно богато насыщена живыми организмами почва – поверхностный тонкий, рыхлый слой суши, контактирующий с воздушной средой.
Границы биосферы. Границы биосферы определяются условиями, при которых возможно существование живых организмов. В атмосфере верхнюю границу биосферы определяет озоновый слой, расположенный на высоте около 16 км на полюсах и до 26 км над экватором. Выше озонового слоя мощный поток ультрафиолетового излучения убивает все живое. Границы распространения организмов в литосфере определяет высокая температура. Подавляющее большинство организмов не могут существовать при температуре выше 100 °С. Стойкие к высоким температурам бактерии (термофильные) живут в горячих источниках при 90 °С, хотя в последние годы найдены бактерии, выдерживающие температуру 115 °С. Эти бактерии живут в струях горячих так называемых «черных гейзеров», бьющих на дне океана. Не до конца выяснен вопрос о средовых границах биосферы. Уже давно известны живые организмы, освоившие не только кислородную среду обитания, но и бескислородную. Открыты водородные, метиловые, метановые бактерии, железобактерии, живущие в соответствующих средах. Обитание радиорезистентных бактерий в охладителях ядерных реакторов свидетельствует о способности живого существовать в условиях высокой радиоактивности. Какие среды не могут быть подвергнуты «атаке» живых организмов? Этот вопрос пока остается открытым. Распространение организмов в биосфере. Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Поскольку источник энергии на Земле – Солнце, то все живые организмы сосредоточены в верхних слоях литосферы и гидросферы.
|
|
|
Чем лучше та или иная земная оболочка пропускает солнечные лучи, тем больше она заселена живыми организмами. Однако распространение живых организмов не кончается там, куда не доходит свет. Благодаря силе тяжести из освещенных слоев в глубину моря непрестанно опускаются отмершие водоросли и трупы животных, экскременты, которые служат основой детритных цепей питания для глубинных гетеротрофных организмов.
|
|
|
В литосфере живые организмы встречаются на относительно небольшой глубине. Основная масса живого вещества сосредоточена в верхнем слое почвы мощностью от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров и редко – до нескольких десятков метров (например, корни растений, бактерии). По трещинам земной коры, колодцам, шахтам и буровым скважинам животные могут опускаться на большую глубину – до 2,3 – 3 км. Различные бактерии встречаются на очень большой глубине и при отсутствии кислорода. С продвижением в недра Земли температура возрастает и на глубине 3 км достигает 100 °С. Можно считать, что высокая температура – это ограничивающий фактор для расселения организмов в литосфере. С поверхности литосферы живые организмы проникают в нижние слои атмосферы. Кроны деревьев иногда поднимаются на высоту до нескольких десятков метров. На сотни и тысячи метров в атмосферу проникают некоторые виды насекомых и птиц. Восходящие потоки воздуха могут поднимать на километры мелкие семена и споры.
|
|
|
Вещественный состав биосферы. Согласно взглядам В. И. Вернадского, вещество биосферы состоит из нескольких основных типов: живое вещество; биокосное вещество; косное вещество; биогенное вещество; вещество космического происхождения; вещество в радиоактивном распаде. Водная оболочка – гидросфера занимает 71% площади нашей планеты. Гидросфера заселена организмами, начиная с самого поверхностного слоя воды и до максимальных глубин (11 км) Мирового океана. Гидросфера практически полностью входит в состав биосферы.
Главное место в концепции В. И. Вернадского о биосфере занимает представление о живом веществе. Он писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой...»
Косное вещество образуется процессами, в которых живое вещество не принимает участия. К нему относятся горные породы (гранит, базальт и др.), а также породы вулканического происхождения.
Биокосное вещество создается одновременно косными процессами и живыми организмами. Например, почва, все природные воды, известняки, природный ил – примеры биокосного вещества.
Биогенное вещество создается и перерабатывается живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Биогенное вещество представляет собой источник мощной потенциальной энергии (уголь, битумы, природный газ, нефть).
ВОПРОСЫ ДЛЯ зачёта по дисциплине БИОЛОГИЯ
1. Докажите, что организм человека – открытая саморегулирующаяся, самовоспроизводящаяся система. Приведите примеры, демонстрирующие такое свойство живых систем, как развитие.
2. Какие вещества называют «субстратом жизни»? Почему они так названы? Можно ли при характеристике живой системы ограничиться лишь одним или двумя ее свойствами? Ответ обоснуйте.
3. Докажите, что клетки, ткани и органы в совокупности еще не представляют собой целостный организм. О чем свидетельствует иерархический (соподчиненный) способ организации живой материи?
4. Какие химические элементы относятся к макро- и микроэлементам клетки? В каких минеральных солях нуждается организм человека? Почему?
5. Каково значение воды в клетке? Приведите примеры. Для каких организмов вода выступает средой жизни?
6. Почему именно вода, а не любое другое вещество выполняет такое множество функций в клетке и организме? Назовите важнейшие функции углеводов в клетках организмов.
7. Какой углевод входит в состав крови человека? Какой из углеводов запасается в печени человека?
8. Почему избыток глюкозы в крови превращается в гликоген? Какое значение это имеет для организма человека? Какое биологическое значение имеет толстый слой запасного подкожного жира в организме белого медведя? Ответ обоснуйте.
9. Какое биологическое значение имеет запасной жир, откладывающийся в горбу у верблюда? Объясните, почему в различных диетах часто рекомендуется ограничение жиров и углеводов, но не допускается исключение белков.
10. Как вы думаете, почему чрезмерное потребление белковой пищи способствует отложению подкожного жира? Почему первичная структура белка устойчивее, чем вторичная и третичная?
11. Вспомните, какое значение имеют ферменты слюны, желудочного сока и сока поджелудочной железы человека. С проявлением какой функции белков связано мерцание ресничек и биение жгутиков у одноклеточных животных?
12. Почему молекулы нуклеиновых кислот можно назвать биополимерами, полинуклеотидами? Что является мономером молекул нуклеиновых кислот? 3. Каков состав мономеров?
13. 3.Что означает принцип комплементарности (соответствия) в строении молекулы ДНК? Раскройте взаимосвязь строения и функций ДНК и РНК, дайте их сравнительную характеристику. Каково значение ДНК для жизни на Земле? Почему АТФ называют основным источником энергии в клетке? Ответ обоснуйте.
14. Согласны ли вы с утверждением, что вне клетки жизни нет? Почему клетка представляет собой структурно-функциональную единицу живых организмов? Что изучает наука цитология? Какие методы исследования применяются в цитологии?
15. Каковы современные положения клеточной теории? В чем заключается значение клеточной теории? Какое значение могут иметь исследования в области цитологии для медицины и сельского хозяйства? Вопросы и задания
16. Какие основные части можно выделить в клетке? Что представляет собой поверхностный аппарат клетки?
17. Какие структуры могут входить в состав надмембранного комплекса в клетках растений, животных, грибов? Нарисуйте схему строения цитоплазматической мембраны.
18. 5.Какие клеточные процессы осуществляются благодаря подмембранному комплексу? Какие функции выполняет поверхностный аппарат клетки?
19. В чем проявляется транспортная функция цитоплазматической мембраны? Какие структуры образуют цитоплазму клетки?
20. Какие органоиды входят в состав синтетического аппарата клетки?В ходе индивидуального развития у головастиков лягушки разрушаются такие временные органы, как жабры и хвост. Какие органоиды клетки участвуют в этом процессе?
21. Сравните строение митохондрий и пластид. Какое значение имеет наличие в митохондриях и пластидах собственных рибосом и ДНК? С чем связаны взаимопревращения пластид в клетках растений?
22. Приведите примеры, доказывающие взаимосвязь органоидов в клетке. Какие компоненты образуют ядерный аппарат? Какое строение имеет оболочка ядра? Какие функции выполняет ядерная оболочка?
23. Что такое кариотип? Какие хромосомы называют гомологичными; половыми, аутосомами? В каких клетках имеется диплоидный набор хромосом?
24. В результате какого процесса в клетках восстанавливается диплоидный набор хромосом? Попытайтесь составить таблицу и сравнить строение грибной, растительной и животной клеток.
25. Объясните, каково строение ядерного аппарата в клетках прокариот. Каковы особенности строения поверхностного аппарата прокариотической клетки?
26. 3.О каких особенностях питания бактерий вы узнали? Каково значение спорообразования у бактерий?
27. Каково значение бактерий в природе и жизни человека? Дайте сравнительную характеристику клеткам эукариот и прокариот. Определите, в чем состоит их сходство, в чем заключаются основные различия.
28. В чем заключаются особенности строения вирусов? Какими структурами определяется разнообразие форм вирусов?
29. Когда вирусы проявляют свойства живых организмов? Почему вирусы получили такие характеристики, как суперпаразиты и облигатные паразиты?
30. Каким образом происходит воспроизводство нового поколения вирусов? В чем проявляется значение вирусов в жизни человека? В чем заключается взаимосвязь энергетического и пластического обменов? Какие процессы обеспечивают клетку энергией?
31. Какие вещества являются основным источником энергии в клетке? Почему? Вспомните из предыдущих разделов биологии, каким образом в животную клетку поступает глюкоза. Как обеспечиваются глюкозой растительные клетки?
32. При каких условиях протекает гликолиз? Какие конечные продукты образуются в результате гликолиза? Какое превращение происходит с пировиноградной кислотой в живых клетках при недостатке кислорода?
33. Что является результатом кислородного расщепления? Сравните процесс дыхания с процессом горения. В чем преимущества процесса окисления перед процессом горения?
34. Какие фазы условно выделяют в процессе фотосинтеза растений?
Какие условия необходимы для протекания световой фазы? Где происходят реакции световой фазы?
35. 3.Каково значение фотосинтеза? Как вы думаете, почему К А. Тимирязев роль зеленых растений на Земле назвал космической?
36. Предложите способы влияния человека на интенсивность процесса фотосинтеза в условиях оранжереи или теплицы. Что такое хемосинтез? Какие организмы способны к хемосинтезу?
37. Каково значение хемосинтеза в природе? Приведите примеры. Какую информацию несет ген?
38. Где расположен ген? Можно ли сказать, что ген – это участок хромосомы? Что означает генетический код? В чем заключается сущность генетического кода?
39. 4.Что называется триплетом (кодоном)? Какие триплеты называются стоп-кодонами?
40. Какими свойствами характеризуется генетический код? Дайте обоснование суждению: «Генетический код служит доказательством единства и родства всего органического мира».
41. Из каких этапов состоит биосинтез белков? В чем заключается процесс транскрипции? Где происходит транскрипция?
42. Что образуется в результате процесса транскрипции? В чем заключается сущность трансляции?
43. Раскройте понятие «реакции матричного синтеза». 1.Что представляет собой клеточный цикл? Какие процессы происходят в клетке во время интерфазы?
44. Что такое митоз? Какие фазы составляют митоз? Какие процессы происходят во время профазы?
45. Вследствие чего осуществляется расхождение хромосом к полюсам клетки? Какие хромосомы расходятся к полюсам клетки во время анафазы митоза? Сравните цитокинез в растительной и животной клетках.
46. Каково биологическое значение митоза? 1.Что представляет собой клеточный цикл? Какие процессы происходят в клетке во время интерфазы?
47. Что такое митоз? Какие фазы составляют митоз? Какие процессы происходят во время профазы?
48. Вследствие чего осуществляется расхождение хромосом к полюсам клетки? Какие хромосомы расходятся к полюсам клетки во время анафазы митоза? Сравните цитокинез в растительной и животной клетках.
49. Каково биологическое значение митоза? Что такое мейоз? Почему мейоз называют редукционным делением?
50. Какое биологическое значение имеет мейоз? Сравните процессы митоза и мейоза В чем состоят их различия?
51. Сравните биологическое значение митоза и мейоза. Сделайте выводы. 1.Объясните, почему организм можно рассматривать как самостоятельный уровень организации живого. Почему организменный уровень – самый многочисленный по своему составу уровень организации живого?
52. Докажите, что организм – это система. Приведите примеры, доказывающие, что живой организм (растения, животного, в том числе человека, гриба, бактерии) – открытая и саморегулирующаяся система. Что такое питание?
53. 2.Какие организмы относит к автотрофам, какие – к гетеротрофам? Что понимают под термином «минеральное питание»? Приведите примеры заболеваний растений и животных, вызываемых недостатком минеральных элементов. 1.Что такое дыхание? В чем состоит биологический смысл дыхания?
54. Что такое газообмен? Какое дыхание называется клеточным или внутренним?
55. В чем заключается внешнее дыхание, или газообмен? Какие организмы называются анаэробными?
56. Каким образом осуществляется газообмен у водорослей? Что такое экскреция? Каково биологическое значение экскреции?
57. Как осуществляется экскреция у растений? Как происходит экскреция у одноклеточных животных?
58. Каким образом осуществляется экскреция у позвоночных животных? Какие органы участвуют в выделительных процессах? Почему в случаях отказа работы почек организм человека быстро погибает?
59. Что такое размножение? В чем заключается биологическое значение размножения? Каковы формы размножения организмов?
60. Каковы особенности бесполого размножения? Перечислите способы бесполого размножения. Чем характеризуется половое размножение?
61. Сравните особенности полового и бесполого размножения. В чем заключаются преимущества полового размножения по сравнению с бесполым?
62. Какой процесс называют гаметогенезом? Что такое сперматогенез? Каково его значение?
63. Что такое овогенез? В чем заключается процесс оплодотворения?
64. Что понимает под наружным оплодотворением? У каких животных оно встречается? Какой еще тип оплодотворения существует у животных? У каких животных он встречается?
65. Какие приспособления имеют животные к внутреннему оплодотворению? Какие этапы можно выделить в ходе оплодотворения животных?
66. Как вы думаете, почему с одной и той же яйцеклеткой не могут слиться два и более сперматозоидов? В чем заключается биологический смысл данного явления?
67. Что такое зигота? Какой набор хромосом у зиготы? Ответ обоснуйте. Что такое онтогенез? Какие изменения происходят с организмом в онтогенезе?
68. Сравните типы прямого и непрямого постэмбрионального развития. В чем проявляется приспособительный характер непрямого развития насекомых с полным превращением (метаморфозам)? Ответ обоснуйте на конкретных примерах.
69. 4.Чем заканчивается онтогенез одноклеточного организма при благоприятных условиях среды? Дайте определение понятия «экологический фактор».
70. Какие факторы относят к абиотическим? Приведите примеры абиотических факторов, влияющих на организм человека. Может ли человек стать причиной изменения абиотических факторов среды? Ответ обоснуйте.
71. 3.Приведите примеры адаптаций растений, обитающих в пустынях, к недостатку воды и высокой температуре. Составьте схему, отражающую связь понятий об экологических факторах.
72. Приведите примеры влияния антропогенного фактора на организм человека; на другие живые организмы. Как вы думаете, почему на единицу объема почвенной среды приходится организмов намного больше, чем в других средах жизни?
73. В чем проявляется влияние живых организмов на окружающую их среду? Как складывались научные представления о виде?
74. Сравните представления о виде К. Линнея, Ж. Б Ламарка, Ч. Дарвина. Что означает понятие «критерий вида»?
75. Дайте характеристику критериям вида. Какой критерий является основным при определении вида растений с помощью словаря-определителя?
76. Почему использование только одного из критериев вида не позволяет определить видовую принадлежность особей? Какие изолирующие механизмы отделяют один вид от другого?
77. Какие трудности имеются при определении вида? Ответ обоснуйте.Что такое биоценоз? Что такое биогеоценоз? Сравните эти понятия.
78. Какие абиотические и биотические компоненты образуют биогеоценозы? В чем проявляется взаимосвязь биотических и абиотических компонентов биогеоценоза?
79. Приведите примеры взаимосвязи в биогеоценозе: продуцентов и консументов; продуцентов и редуцентов; консументов и редуцентов. Что включает в себя понятие «экосистема»? Приведите примеры экосистем.
80. Проанализируйте взаимосвязи в структуре биогеоценоза . Что такое цепи питания? Приведите примеры взаимосвязи пастбищных и детритных цепей питания.
81. Почему в природе существуют сети питания? Ответ обоснуйте. Как вы думаете, почему увеличение видового разнообразия повышает устойчивость биогеоценоза?
82. 1.Что включает в себя понятие «биосфера»? Назовите основные геологические оболочки биосферы. Чем они характеризуются с точки зрения возможностей заселения живыми организмами?
83. Какими факторами определяются границы биосферы? Как характеризуется живое вещества?
84. Как вы думаете, почему жизнь не проникает за пределы озонового экрана?
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
Ярыгин В.Н., Васильева В.И., Волков И.Н., Синельникова В.В. Биология: В 2 т. – М.: Высш. шк., 2000.
Билич Г.Л., Крыжановский В.А. Биология. Полный курс: В 3 т. – М.: «Оникс 21 век», 2002.
Кемп Б., Армс К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1986.
Грин Н., Стаут У., ТейлорД. Биология: В 3 т. – М.: Мир, 1990. Т.1 – 3.
Слюсарев А.А., Жукова С.В. Биология. – Киев: Высш. шк., 1987.
Пехов А.П. Биология с основами экологии. – СПб., 2002.
Дополнительная литература
Боген Г. Современная биология. – М.: Мир. 1970.
Слюсарев А.А., Жукова С.В. Биология. – Киев: Высш. шк., 1987.
Либберт Э. Основы общей биологии. – М.: Мир. 1982.
Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника: В 2 т. – М.: Мир, 1990.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 602; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!